DE2263288C3

DE2263288C3 - Method and apparatus for refining molten aluminum

Info

Publication number: DE2263288C3
Application number: DE19722263288
Authority: DE
Inventors: Andrew Geza Yorktown Heights N.Y. Szekely (V.St.A.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1971-12-27
Filing date: 1972-12-23
Publication date: 1977-02-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Raffinieren von schmelzflüssigem Aluminium, bei dem Aluminium in eine Raffinierzone eingebracht, in die Schmelze unterhalb der Badoberfläche ein inertes Gas in Form von diskreten Gasblasen eingeleitet, von gelöstem Wasserstoff und nichtmetallischen Verunreinigungen befreites schmelzflüssiges Aluminium aus der Raffinierzone abgeführt und verbrauchtes Gas abgeleitet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a process for refining molten aluminum, aluminum introduced into a refining zone, an inert gas in the melt below the bath surface introduced in the form of discrete gas bubbles, dissolved hydrogen and non-metallic impurities freed molten aluminum discharged from the refining zone and consumed gas is derived, as well as a device for performing such a method.

Schmelzflüssiges Aluminium enthält vor dem Vergießen Verunreinigungen, die, falls sie nicht beseitigt werden, beim Gießen zu hohen Schrottverlusten führen oder Aluminiumprodukte von mangelhafter Güte zur Folge haben. Bei schmelzflüssigen Aluminiumbasislegierungen sind die in erster Linie störenden Verunreinigungen gelöster Sauerstoff und suspendierte nichtmetallische Teilchen, beispielsweise Aluminium- und Magnesiumoxide, feuerfeste Teilchen u. dgl.Molten aluminum contains prior to casting Impurities which, if not removed, lead to high scrap losses during casting or result in poor quality aluminum products. For molten aluminum-based alloys the primarily troublesome impurities are dissolved oxygen and suspended non-metallic particles such as aluminum and magnesium oxides, refractory particles and the like.

Die Löslichkeit von Wasserstoff in Aluminiumlegierungen nimmt um ungefähr eine Größenordnung ab, wenn das Metall erstarrt. Infolgedessen wird während des Vergießens Wasserstoffgas freigesetzt, falls der Wasserstoffgehalt des schmelzflüssigen Metalls nicht unter den Löslichkeitsgrenzwert von Wasserstoff in erstarrtem Metall heruntergedrückt wird. Wasserstoff führt bei rasch erstarrendem Metall, beispielsweise bei Kokillengußblöcken, zu Gasporen oder füllt Schwindhohlräume in langsam erstarrendem Metall aus. Selbst Wasserstoff, der in dem Metall nach der Erstarrung gelöst bleibt, ist schädlich, weil er während Wärmebehandlungen in Hohlräume und andere Diskontinuitäten des erstarrten Metalls eindiffundiert und damit die schädlichen Einflüsse solcher Fehlstellen auf die Eigenschaften des Metalls noch ausgeprägter in Erscheinung treten läßt.The solubility of hydrogen in aluminum alloys decreases by about an order of magnitude when the metal solidifies. As a result, hydrogen gas is released during potting, if the hydrogen content of the molten metal does not fall below the solubility limit of hydrogen is pressed down in solidified metal. Hydrogen leads to rapidly solidifying metal, for example in chill cast blocks, to gas pores or to fill shrinkage cavities in slowly solidifying metal out. Even hydrogen that remains dissolved in the metal after solidification is harmful because it remains during Heat treatments diffused into voids and other discontinuities in the solidified metal and thus the harmful effects of such defects on the properties of the metal even more pronounced can appear.

Im Schmelzbad suspendierte feste nichtmetallische Teilchen bestehen in der Hauptsache aus Oxiden, die während des Schmelzvorganges mit dem Schrott in die Schmelze eingeführt oder durch unmittelbare Oxydation mit Luft, Wasserdampf, Kohlendioxid und anderen oxydierenden Gasen erzeugt werden, während das Metall in schmelzflüssigem Zustand verar beitetwird. Feine aufgebrochene Oxidfiime, die in das Schmelzbad eingeführt werden, sind besonders schädlich, weil sie im Gegensatz zu den mehr makroskopischen Oxiden und anderen Feststoffteilchen nicht als Gekrätz abgeschlackt werden können.Solid non-metallic particles suspended in the molten bath consist mainly of oxides, which introduced into the melt with the scrap during the melting process or by direct Oxidation can be generated with air, water vapor, carbon dioxide and other oxidizing gases while the metal is processed in a molten state is being worked. Fine, cracked oxide films that are in the Molten baths introduced are particularly harmful because they are unlike the more macroscopic Oxides and other solid particles cannot be skimmed off as dross.

Während des Vergießens des Metalls tritt eine Wechselwirkung zwischen teilchenförmigen Feststoffen und Wasserstoff ein. Im Metall fein verteilte Feststoffpartikel wirken während der Erstarrung als KerneAn interaction between particulate solids occurs during the pouring of the metal and hydrogen. Solid particles finely distributed in the metal act as nuclei during solidification

für die Bildung von Wasserstoffblasen. Die nichtmetallischen Verunreinigungen können spannungserhöhend wirket und damit die mechanischen Eigenschaften des gegossenen Metalls beeinträchtigen. Außerdem führen sie zu Schwierigkeiten bei der Herstellung von Aluminiumlegierungen, beispielsweise zu übermäßiger Werkzeugabnutzung bei der maschinellen Bearbeitung von Spritzgußteilen. Sie machen sich außerdem als Oberflächenfehler bei gewalzten oder stranggepreßten Produkten bemerkbar.for the formation of hydrogen bubbles. The non-metallic impurities can increase the voltage works and thus impair the mechanical properties of the cast metal. Besides that they lead to difficulties in the production of aluminum alloys, for example too excessive Tool wear in machining injection molded parts. They also make up noticeable as surface defects in rolled or extruded products.

ao Die erforderliche Reinheit des zu Blöcken vergossenen Metalls hängt unter anderem von der Art der Legierung, um verwendeten Gießverfahren, dem anschließenden Fertigungsverfahren und der beabsichtigten Anwendung des fertigen Produkts ab. Der vor-ao The required purity of the potted in blocks Metal depends, among other things, on the type of alloy, the casting process used and the subsequent Manufacturing process and the intended application of the finished product. The previous

»5 liegend verwendete Begriff »fehlerfreies Metall« soll sich auf die Güte des schmelzflüssigen Metalls unmittelbar vor dem Vergießen beziehen und zum Ausdruck bringen, daß sowohl gelöster Wasserstoff als auch nichtmetallische Verunreinigungen aus dem schmelzflüssigen Metall so weit beseitigt sind, wie dies für die Herstellung von im wesentlichen fehlerfreien Gußteilen oder für die Fertigung von brauchbaren Metallprodukten aus der betreffenden Legierung erforderlich ist.»5 The term used horizontally is intended to be» faultless metal « refer to and express the quality of the molten metal immediately prior to casting bring both dissolved hydrogen and non-metallic impurities out of the Molten metal is eliminated to the extent necessary for the production of essentially defect-free Castings or required for the manufacture of usable metal products from the alloy in question is.

Es ist bekannt, den Gehalt des schmelzflüssigen Metalls an gelösten Gasen und nichtmetallischen Verunreinigungen dadurch herabzusetzen, daß in Schmelz- und anderen Behandlungsgefäßen mit möglichst niedriger Temperatur gearbeitet und das Metall während einer ausgedehnten Zeitspanne in schmelzflüssigem Zustand gehalten wird. Zur Vermeidung dieses zeitraubenden Verfahrens ist es ferner bekannt, das schmelzflüssige Metall mit reaktionsfähigen Gasen oder festen Entgasungsmitteln (Flußmitteln) in Berührung zu bringen, die Halogene enthalten. Die bei der Verarbeitung von Aluminium am häufigsten verwendeten Entgasungsmittel sind Chlorgas oder chlorgaserzeugende Verbindungen, wie Hexachloräthan. Chlorgas wird im allgemeinen in die SchmelzeIt is known the content of dissolved gases and non-metallic impurities in the molten metal thereby reduce that in melting and other treatment vessels with as possible worked at a low temperature and the metal in molten liquid for an extended period of time State is maintained. To avoid this time-consuming process, it is also known the molten metal with reactive gases or solid degassing agents (fluxes) in Bringing contact that contain halogens. The most common when processing aluminum The degassing agents used are chlorine gas or compounds that generate chlorine gas, such as hexachloroethane. Chlorine gas is generally added to the melt

über emaillierte Eisenrohre oder Graphitrohre eingeblasen. Das Entgasen mit Hilfe von Chlor führt bei den meisten Legierungsarten zu einer befriedigenden Beseitigung von Wasserstoff und nichtmetallischen Verunreinigungen.blown in through enamelled iron pipes or graphite pipes. Degassing with the help of chlorine leads to most alloys to a satisfactory removal of hydrogen and non-metallic Impurities.

Der Einsatz von Chlor bringt aber wegen dessen korrodierenden Eigenschaften und Toxizität Probleme mit sich. Einer der Hauptnachteile von Chlor ist dessen große Reaktionsfähigkeit mit Metallen. Chlor verdampft Aluminium in Form von Aluminiumchloridgas und reagiert mit praktisch allen in Aluminiumlegierungen anzutreffenden Legierungselementen. Außerdem stellt nicht in Reaktion gegangenes Chlorgas für das Bedienungspersonal ein Gesundheitsrisiko dar. Infolgedessen wird die Entgasungskammer normalerweise mit Unterdruck betrieben, um zu verhindern, daß das toxische Gas in die Atmosphäre entweicht. Dies begünstigt jedoch den Eintritt von Luft und Feuchtigkeit aus der umgebenden At-The use of chlorine brings problems because of its corrosive properties and toxicity with himself. One of the main disadvantages of chlorine is its great reactivity with metals. Chlorine vaporizes aluminum in the form of aluminum chloride gas and reacts with virtually everything in aluminum alloys Alloying elements encountered. Besides, it puts unreacted Chlorine gas poses a health hazard to the operating personnel. As a result, the degassing chamber becomes normally operated at negative pressure to prevent the toxic gas from being released into the atmosphere escapes. However, this favors the entry of air and moisture from the surrounding atmosphere

mosphäre in die Kammer. Das Metall kann daher während und nachdem Entgasungsvorgang erneut mit Wasserstoff und Sauerstoff verschmutzt werden. Besonders problematisch sind ferner die Hydrolyseprodukte von Aluminiumchlorid. In Gegenwart von Feuchtigkeit bildet Aluminiumchlorid Aluminiumoxiddampf und Salzsäure, die beide als gefährliche Luftverschmutzungsstoffe anzusprechen sind. Außerdem macht das Vorhandensein von Salzsäure die auf Chlor zurückzuführenden Korrosionsprobleme noch größer. Da die Kosten zur Beseitigung dieser Verbindungen mit Hilfe von Gasreinigungsanlagen verhältnismäßig hoch sind, besteht ein dringendes Bedürfnis, Chlor als Entgasungsmittel für Aluminiumlegierungen möglichst zu vermeiden.atmosphere in the chamber. The metal can therefore be used again during and after the degassing process Hydrogen and oxygen become polluted. The hydrolysis products are also particularly problematic of aluminum chloride. In the presence of moisture, aluminum chloride forms aluminum oxide vapor and hydrochloric acid, both of which are dangerous air pollutants. Besides that The presence of hydrochloric acid adds to the chlorine-related corrosion problems greater. Since the cost of eliminating these compounds with the help of gas cleaning systems is proportionate are high, there is an urgent need to use chlorine as a degassing agent for aluminum alloys to avoid if possible.

Es ist ferner bekannt (FR-PS 1093710), zum Raffinieren von Aluminium neben Chlor auch gasförmigen Stickstoff zu verwenden, der über feuerfeste Einblasrohre oder poröse Pfropfen unterhalb der Badoberfläche eingeblascn wird. Beim Einleiten mittels der Einblasrohre können sich aber nur relativ große Gasblasen ausbilden, die eine hohe Auftriebskraft haben und vom unteren Ende der Rohre aus in unmittelbarer Nähe der Rohre praktisch sofort senkrecht nach oben steigen. Die porösen Pfropfen lassen zwar kleinere Gasblasen austreten. Auch in diesem Falle bewegen sich die Blasen jedoch unmittelbar lotrecht aufwärts. Angesichts des im Vergleich zu Chlor geringeren Entgasungsvermögens von Stickstoff und des bei dem bekannten Verfahren unvermeidbaren thermischen Anwachsens der Blasen nach dem Eintritt in die Schmelze ist die Reinheit des die Raffinierzone verlassenden Aluminiums unbefriedigend. Wird zur Vermeidung dieses Nachteils wieder auf Chlor zurückgegriffen, müssen die zuvor erörterten Mängel in Kauf genommen werden.It is also known (FR-PS 1093710) for refining of aluminum to use not only chlorine but also gaseous nitrogen via refractory injection pipes or porous plugs are blown in below the bath surface. When introducing using the injection pipes can only form relatively large gas bubbles, which have a high buoyancy force and from the lower end of the pipes in close proximity to the pipes practically immediately climb vertically upwards. The porous plugs allow smaller gas bubbles to escape. Also in in this case, however, the bubbles immediately move vertically upwards. Given that in comparison to chlorine lower degassing capacity of nitrogen and the unavoidable in the known process thermal growth of the bubbles after entry into the melt is the purity of the die Unsatisfactory aluminum leaving the refining zone. Will avoid this disadvantage again If chlorine is used, the deficiencies discussed above must be accepted.

Zum Entgasen von Eisenbasislegierungen mit Hilfe von inerten Gasen ist es schließlich bekannt (US-PS 3 227 547), eine Gaseinblasvorrichtungzu verwenden, die eine drehbare Welle, deren oberes Ende mit einem Antrieb gekoppelt und deren unteres Ende mit einem mit Flügeln versehenen Rotor fest verbunden ist, der in das in einem Behälter befindliche Metallschmelzbad eintaucht, eine die Welle umfassende stationäre Hülse mit im wesentlichen kreiszylindrischer Außenfläche, einen sich in axialer Richtung erstreckenden Durchlaß, über den inertes Gas in die Metallschmelze gelangt und der von der Innenfläche der Hülse und der Außenfläche der Welle begrenzt ist, und eine Gaszuführung aufweist, die dem oberen Ende des Durchlasses Gas unter einem für das Einblasen in die Schmelze ausreichenden Druck zuleitet. Für ein Raffinieren, d. b. Entgasen und Beseitigen fester nichtmetallischer Verunreinigungen, von Aluminium ist diese Vorrichtung aber weder bestimmt noch geeignet, weil die Verweildauer der inerten Gasblasen in einer Aluminiumschmelze zu kurz wäre, um eine befriedigende Reinheit zu erzielen.Finally, it is known for degassing iron-based alloys with the aid of inert gases (US Pat 3 227 547) to use a gas injection device which has a rotatable shaft the upper end of which is provided with a Drive coupled and the lower end of which is firmly connected to a rotor provided with blades, the immersed in the molten metal bath located in a container, a stationary one encompassing the shaft Sleeve with a substantially circular cylindrical outer surface, one extending in the axial direction Passage through which the inert gas enters the molten metal and that of the inner surface of the sleeve and the outer surface of the shaft is limited, and a gas supply having the upper end of the passage under a gas for injection into the Adequate pressure is applied to the melt. For a refinement, i. b. Degassing and disposal of solid non-metallic Contamination, but this device is neither intended nor suitable for aluminum, because the residence time of the inert gas bubbles in an aluminum melt would be too short to be satisfactory Achieve purity.

Der Erfindung liegt.die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Raffmieren von Aluminium zu schaffen, die den Einsatz von inertem Gas erlauben und gleichwohl sicherstellen, daß gelöster Wasserstoff and andere nichtmetallische Verunreinigungen bei honen Metafldurchsatzgescnwindigkeiten aus dem MetaS beseitigt werden.The invention is based on the object To provide a method and an apparatus for refining aluminum that does not require the use of inert Allow gas while ensuring that dissolved hydrogen and other non-metallic impurities can be eliminated from the MetaS at high metafl throughput rates.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird zur Lösung dieser Aufgabe über der Schmelzbadoberfläche eine Schutzgasatmosphäre mit einem höheren als dem Atmosphärendruck aufrechterhalten, wird das inerte Gas vor dem Unterteilen in Gasblasen vorerhitzt und so weit expandiert, daß ein thermisches Wachsen der Blasen im wesentlichen ver-S hindert wird, und wird dem in diskrete Gasblasen unterteilten Gas innerhalb des Schmelzbades ein Strömungsverlauf aufgezwungen, bei dem die Gasblasen radial nach außen mit einer nach unten gerichteten Komponente mit Bezug auf die Stelle des Einlasses der Gasblasen in die Schmelze transportiert und mit im wesentlichen der Gesamtmenge des in der Raffinierzone befindlichen geschmolzenen Aluminiums in innigen Kontakt gebracht werden. Das Vorerhitzen des Gases gewährleistet, daß die in der Schmelze dis-¹S pers verteilten kleinen Gasblasen während ihrer Verweildauer in der Schmelze klein bleiben. Dies führt zu einer besonders hohen Gas-Metall-Grenzschicht. Zusätzlich bewirkt der nach unten und außen gerichtete Strömungsverlauf der Gasblasen eine lange Verweildauer der Blasen in der Schmelze, weil ein sofortiges Hochsteigen der Blasen zur Oberfläche der Schmelze unterbleibt. Außerdem werden die kleinen diskreten Blasen in der Schmelze großflächig verteilt. Es wird für ein inniges Durchmischen von Gas und *5 schmelzflüssigem Aluminium gesorgt. Unter diesen Bedingungen kann Aluminium mit einem Wirkungsgrad raffiniert werden, der dem mit Chlor erzielten vergleichbar ist, während gleichzeitig die mit der Chlorbehandlung verbundenen Probleme beseitigt sind.Based on a method of the type mentioned above, a protective gas atmosphere with a higher than atmospheric pressure is maintained above the molten bath surface to solve this problem, the inert gas is preheated before being divided into gas bubbles and expanded to such an extent that thermal growth of the bubbles is essentially reduced -S is prevented, and a flow course is imposed on the gas, which is divided into discrete gas bubbles, within the molten bath, in which the gas bubbles are transported radially outwards with a component directed downwards with respect to the location of the inlet of the gas bubbles into the melt and with essentially the total amount of molten aluminum in the refining zone are brought into intimate contact. The preheating of the gas ensures that the melt in the dis- ¹ S pers distributed small gas bubbles during their residence time in the melt remain small. This leads to a particularly high gas-metal boundary layer. In addition, the downward and outward flow of the gas bubbles causes the bubbles to remain in the melt for a long time, because the bubbles do not immediately rise to the surface of the melt. In addition, the small, discrete bubbles are distributed over a large area in the melt. Intimate mixing of gas and molten aluminum is ensured. Under these conditions, aluminum can be refined with an efficiency comparable to that achieved with chlorine, while at the same time eliminating the problems associated with chlorine treatment.

Unter dem Begriff »Aluminium« sollen vorliegend neben reinem Aluminiummetall auch Aluminiumlegierungen verstanden werden.In addition to pure aluminum metal, the term “aluminum” also includes aluminum alloys be understood.

Als inertes Gas werden bevorzugt Argon, Stickstoff oder Argon-Stickstoff-Gemische verwendet. Grundsätzlich kann aber auch mit Helium, Krypton, Xenon oder Gemischen dieser Gase gearbeitet werden.Argon, nitrogen or argon-nitrogen mixtures are preferably used as the inert gas. Basically but you can also work with helium, krypton, xenon or mixtures of these gases.

Bei der Herstellung von hochfesten Konstruktionslegierungen kann dem schmelzflüssigen Metall ein festes Flußmittel in Form eines Halogens der Alkali- und Erdalkalimetalle zugesetzt werden, um die Abscheidung der Oxide weiter zu fördern. Beim Raffinieren einer magnesiumhaltigen Aluminiumlegierung können dem inerten Gas auch bis zu S Volumprozent ♦5 Chlor zugesetzt werden. Die innige Vermischung des eingeblasenen Gases mit der Schmelze begünstigt dabei die Bildung von Magnesiumchlorid, einem wirkungsvollen Flußmittel. Es werden weder nichtumgesetztes Chlor noch Aluminiumchlorid emittiert. Entsprechend einer abgewandelten Ausfuhrungsform wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß über der Schmelzbadoberfläche eine Schutzgasatmosphäre mit einem höheren als dem Atmosphärendruck aufrechterhalten wird, SS daß das inerte Gas über mindestens eine in das Schmelzbad eintauchende Einblasvorricfaüing mit einem am unteren Ende einer WeOe angebrachten Flögelrotor, einer die WdQe umfassenden stationären Hülse und einem sich über die Länge der Einblasvorrichöuig erstreckenden Durddaß zum Eoibringeo des inerten Gases in die Schmelze in einer Durchflaßmenge von V= W-C/N eingeblasen wird, wobei V = Durchflußmenge des RafSniergases durch die Vorrichtung in dm³ (unter Nonnafbediaguagen)/min; In the manufacture of high-strength structural alloys, a solid flux in the form of a halogen of the alkali and alkaline earth metals can be added to the molten metal in order to further promote the deposition of the oxides. When refining an aluminum alloy containing magnesium, up to 5 percent by volume of chlorine can also be added to the inert gas. The intimate mixing of the blown gas with the melt promotes the formation of magnesium chloride, an effective flux. Neither unreacted chlorine nor aluminum chloride are emitted. According to a modified embodiment, the object on which the invention is based is achieved in that a protective gas atmosphere with a pressure higher than atmospheric pressure is maintained above the melt bath surface, SS that the inert gas via at least one injection device immersed in the melt bath with a paddle rotor attached to the lower end of a WeOe , a stationary sleeve encompassing the WdQe and a length extending over the length of the injection device, the inert gas is blown into the melt in a flow rate of V = WC / N , where V = flow rate of the refining gas through the device in dm ³ ( under nonnaf conditions) / min;

W = MetaOdurchfluBmenge oder Raffinierge- W = meta flow rate or refining

schwindqjkeit in kg/min; C = spezifischer Raffiniergasbedarf, dessen Wertdizziness in kg / min; C = specific refining gas demand, its value

zwischen 0,3 und 2,5 dm³ (unter Normalbedingungen)/kg Metall liegt;is between 0.3 and 2.5 dm ³ (under normal conditions) / kg metal;

N = Anzahl der Gaseinblasvorrichtungen des Systems . und daß zum Unterteilendes inerten Gases in diskrete Gasblasen der Flügelrotor mit ausreichender Drehzahl angetrieben wird, um dem Gas innerhalb des Schmelzbades einen Strömungsverlauf aufzuzwingen, bei dem die Gasblasen radial nach außen und mit einer ^ nach unten gerichteten Komponente mit Bezug aut die Stelle des Einlasses der Gasblasen in die Schmelze transportiert werden. Dabei werden besonders gunstige Ergebnisse erzielt, wenn die Gaseinblasvorrichtung mit einer Drehzahl angetrieben wird, die sich naherungsweise aus der folgenden Formel ergibt: R = (7620 + 673 V+ 2108 S)Id wobei N = number of gas injectors in the system. and that in order to divide the inert gas into discrete gas bubbles, the vane rotor is driven at sufficient speed to force a flow path on the gas within the molten bath in which the gas bubbles radially outwards and with a component directed downwards with respect to the location of the inlet of the Gas bubbles are transported into the melt. Particularly favorable results are achieved if the gas injection device is driven at a speed which is approximately obtained from the following formula: R = (7620 + 673 V + 2108 S) Id where

R = Drehzahl des Rotors in U/mm; V = Gasdurchflußmenge in der Einblasvorrichtung ^ R = speed of the rotor in rev / mm; V = gas flow rate in the injection device ^

in dm'/min. .in dm '/ min. .

R = Verhältnis der kleinsten Querschnittsabmes- R = ratio of the smallest cross-sectional dimensions

sung der Raffinierzone zum Durchmesser desSolution of the refining zone to the diameter of the

Rotors (dimensionslos) und d = Rotordurchmesser in mm.Rotor (dimensionless) and d = rotor diameter in mm.

Für das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise eine Gaseinblasvorrichtung verwendet d«. sich von der oben erläuterten bekannten Vorrichtung zum Entgasen von Eisenbasislegierungen dadurch unterscheidet, daß am unteren Ende der Hülse ein mit Flügeln versehener Stator fest angebracht ist zwischen dessen Flügeln mehrere lotrecht verlaufende Kanäle ausgebildet sind und der in Z«⁵³™™"™¹*;⁶,¹¹ mit dem Rotor für eine Umwälzung der Metallschmelze derart sorgt, daß das in gesonderte Gasblasen zerteilte Gas im wesentlichen radial nach außen mit einer bezüglich der Achse der Vorrichtung nach unten gerichteten Komponente transportiert wird und die Gasblasen mit im wesentlichen der gesamten Metallschmelze im Behälter in innigen Kontaki.kommen Weil dabei die Gasblasen von der E.nle.tungsstelle weg rasch in die Schmelze hineinbefordert werden, wird eine Vereinigung von Blasen in der Zone hocnster Gasblasenkonzentration sicher vermieden Gas kann in hohen Durchflußmengen fein verteilt in die Schmelze eingebracht und dort für eine lange Verweildauer in Form von kleinen Blasen gehalten wer-A gas injection device is preferably used for the method according to the invention. differs from the above-mentioned known device for degassing iron-based alloys in that a stator provided with wings is firmly attached to the lower end of the sleeve, between the wings of which a plurality of vertically extending channels are formed and the one in Z « ⁵³ ™phia" ™ ¹ *; ⁶ , ¹¹ ensures a circulation of the molten metal with the rotor in such a way that the gas divided into separate gas bubbles is transported essentially radially outward with a component directed downwards with respect to the axis of the device and the gas bubbles with essentially the entire molten metal in the container because the gas bubbles are quickly transported away from the electrical supply point into the melt, a combination of bubbles in the zone of highest gas bubble concentration is reliably avoided a long dwell time in the form of small bubbles n will

^eDie drehbare Welle kann einen zweiten in axialer Richtung durch die Welle mndurdiveriaufenden Durchlaß und mehrere Bohrungen aufweise^die den zweiten Durchlaß mit dem axial gerichteter,DurchIaU verbinden, der von den Innenflächen der Hülse: und des Stators sowie von der Außenfläche der Welle begrenzt ist. Rotor und Stator sind vorzugsweise aus Gaseinblasvorrichtung versehen ist. ^e The rotatable shaft may include a second having in the axial direction by the shaft mndurdiveriaufenden passage and a plurality of bores ^ connecting the second port with the axially facing, DurchIaU that of the inner surfaces of the sleeve: and the stator, and is bounded by the outer surface of the shaft . The rotor and stator are preferably provided with a gas injection device.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below on the basis of exemplary embodiments explained in more detail in connection with the drawings. It shows

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Gaseinblasvorrichtung nach der Erfindung,Fig. 1 is a perspective view of a preferred embodiment of the gas injection device according to the invention,

Fig. 2 einen Schnitt der Vorrichtung nach Fig. 1,FIG. 2 shows a section of the device according to FIG. 1,

Fig. 3 im Schnitt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Einrichtung zum Raffinieren eines Metallstromes in einem kontinuierlichen Prozeß, so3 shows, in section, a schematic representation of a preferred device for refining a Metal flow in a continuous process, see above

^^E^rÄgzurDureMührungdesVerf^ns unter Verwendungder vorstehend genannten Gasemblasvomchtung ist in weiterer Ausgestaltung^ crfindung mit einem isolierten Gefäß ^8«*"^'ff mhehiem Einlaß undeinem Auslaß fe einen das Gefäß kontinuierlich doRMaufeaaen Strom aas geschmolzenem MetaB, einem Gasausfeßuaafeiner Abdeckung versehen ist, die das Gefafi_gegen das Eindringe«von Loft qnd Feucfatigk«* abdrchtet'das Arbeiteirattereineni Überdruck zoläBt «rad enw <M" «* nung aufweist, in weiche die G*^¹?*™^* abgedichtet eingesetzt ist. Das Gefäß kam. inehrere Raffmieramen aufweisen, von denen jede nut emerIn a further refinement, there is a further embodiment of the invention with an insulated vessel with an inlet and an outlet for a continuous flow of molten metal, a gas outlet , among other things, a fine cover provided that the Gefafi_gegen the intruding "Loft qnd Feucfatigk" * abdrchtet'das Arbeiteirattereineni pressure zoläBt "rad enw <M""* voltage, into soft G * ^ ^1? * ™ ^ * is used sealed. The jar came. have several names, each of which has a nut emer

Fig. 4 und 5 einen Schnitt und eine Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung zum Raffinieren von schmelzflüssigem Metall. 4 and 5 show a section and a plan view of a further preferred embodiment of a device for refining molten metal.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Gaseinblasvorrichtung weist einen Rotor 1 auf, der mit lotrechten Flügeln 2 ausgestattet ist und mit Hilfe eines Motors, beispielsweise eines nicht veranschaulichten Preßluftoder Elektromotors, über eine Welle 3 angetrieben wird. Die Welle 3, die während des normalen Betriebes nicht mit der Schmelze in Berührung kommt, kann aus Stahl gefertigt sein, während die übrigen Teile der Anordnung vorzugsweise aus einem feuerfesten Werkstoff aufgebaut sind, beispielsweise aus handelsüblichem Graphit oder Siliziumkarbid, Werkstoffen, die bei den vorkommenden Arbeitstemperaturen gegenüber Aluminium und Aluminiumlegierungen inert sind. Die Welle 3 wird gegen das schmelzflüssige Metall mittels einer Hülse 4 abgeschirmt, die mit einem Stator 5 fest verbunden ist. Die aneinander anstoßenden Innenflächen 6 und 7 von Hülse 4 bzw. Stator 5 und die aneinander anschließenden Außenflächen 8 und 9 von Welle 3 bzw. Rotor 1 bilden einen ringförmigen axialen Durchlaß 10 für das einzublasende Gas. Mehrere lotrechte Kanäle 11 sind in den Stator 5 eingearbeitet. Stator 5 und Rotor 1 induzieren im Betrieb eine obere und untere Strömung aus schmelzflüssigem Metall im Bereich der Einblasvorrichtung, wie dies durch Pfeile 13 und 12 angedeutet ist. Die obere Strömung 13 hat einen im wesentlichen nach unten gerichteten Hauptgeschwindigkeitsvektor, d.h. sie verläuft koaxial mit der Drehachse des Rotors 1, wodurch das schmelzflüssige Metall durch die Kanäle 11 des Stators 5 hindurchgetrieben wird. Die durch die Pfeile 12 angedeutete untere, stärker lokalisierte Strömung bildet sich unterhalb des Rotors 1 aus und ist im wesentlichen nach oben und parallel zur Drehachse des Rotors 1 gerichtet. Die auf diese Komponenten zurückgehende resultierende Strömung ist durch Pfeile 14 angedeutet, die erkennen lassen, daß das schmelzflüssige Metall mittels der rotierenden Flügel Z radial nach außen und nach unten vom Rotor 1 weggetrieben wird. Die resultierende Strömungsverteilung führt zu einer gut verteilten und gleichförmigen Dispersion des Gases und einer durchgreifenden Badbewegnng innerhalb des Behand-The gas injection device shown in FIGS has a rotor 1, which is equipped with vertical blades 2 and with the help of a motor, for example a compressed air or electric motor (not shown), driven via a shaft 3 will. The shaft 3, which does not come into contact with the melt during normal operation, can be made of steel, while the remaining parts of the assembly are preferably made of a refractory Material, for example from commercially available graphite or silicon carbide, materials, which are inert towards aluminum and aluminum alloys at the operating temperatures that occur are. The shaft 3 is shielded from the molten metal by means of a sleeve 4 which is provided with a Stator 5 is firmly connected. The abutting inner surfaces 6 and 7 of sleeve 4 and stator 5, respectively and the adjoining outer surfaces 8 and 9 of shaft 3 and rotor 1, respectively, form an annular one axial passage 10 for the gas to be injected. Several perpendicular channels 11 are in the stator 5 incorporated. The stator 5 and rotor 1 induce an upper and lower flow of molten liquid during operation Metal in the area of the blowing device, as indicated by arrows 13 and 12. the upper flow 13 has a major downward velocity vector, i. e. it runs coaxially with the axis of rotation of the rotor 1, whereby the molten metal through the channels 11 of the stator 5 is driven through. The lower, more localized one indicated by the arrows 12 The flow forms below the rotor 1 and is essentially upward and parallel to the axis of rotation of the rotor 1 directed. The resulting flow due to these components is indicated by arrows 14, which show that the molten metal by means of the rotating Wing Z is driven away radially outward and downward from the rotor 1. The resulting flow distribution leads to a well distributed and uniform dispersion of the gas and a thorough bath movement within the treatment

Ein durch PfeSe 15 angedeutetes inertes Gas, beispielsweise Aigon oder Stickstoff, wird mit vorbestimmtem Drack und vorgegebener Daicifflaßmenge in den ringf orangen Durchlaß 1« eingeleitet. Das Gas füllt den glockenförmigen Raum 1« aus, der eme Fortsetzung des Durchlasses 1« bildet und dem Hals 17 des Rotors 1 emg&t. Da das Gas mit emem Druck zugef ührt wird, der über dem in dem sctatefeflossigen Metall in der durch den PfeB 18 angedeuteten HoheAn inert gas indicated by PfeSe 15, for example Aigon, or nitrogen, is made with a predetermined pressure and a predetermined amount of Daiciff introduced into the circular orange passage 1 «. The gas fills the bell-shaped space 1 «, the eme Continuation of the passage 1 "forms and the neck 17 of the rotor 1 emg & t. Since the gas is at emem pressure is supplied, which is above that in the sctatefeflossigen Metal at the height indicated by arrow 18

«09680/273«09680/273

herrschenden Druck liegt, verhindert der Gasraum 16, daß schmelzflüssiges Metall durch den Gasdurchlaß hindurch zurückströmt und mit der metallischen Welle 3 der Gaseinblasvorrichtung in Berührung kommt. Der Hals 17 umfaßt die Welle 3 und ist aus einem gegen schmelzflüssiges Aluminium widerstandsfähigen Werkstoff gefertigt, um die Welle 3 gegen das schmelzflüssige Aluminium zu schützen. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird das Drehmoment von der Welle 3 auf den Rotor 1 über einen mit Flügeln versehenen Mitnehmer 21 übertragen, der auf die Welle 3 aufgeschraubt ist. Der Mitnehmer 21 wird bei der Montage der Vorrichtung in eine Ausnehmung 23 des Rotors 1 eingesetzt, deren Form derjenigen des Mitnehmers 21 entspricht. Danach wird die Ausnehmungprevailing pressure, the gas space 16 prevents molten metal through the gas passage flows back through and with the metallic shaft 3 of the gas injection device in contact comes. The neck 17 includes the shaft 3 and is made of a molten aluminum resistant Material made to protect the shaft 3 against the molten aluminum. As As can be seen from Fig. 2, the torque from the shaft 3 to the rotor 1 is provided via a winged one Transfer driver 21, which is screwed onto shaft 3. The driver 21 is at the Assembly of the device inserted into a recess 23 of the rotor 1, the shape of which is that of the driver 21 corresponds. After that, the recess

23 abgedichtet, indem der Hals 17 in ein Gewinde23 sealed by the neck 17 in a thread

24 des Rotors 1 eingeschraubt und einzementiert wird.24 of the rotor 1 is screwed in and cemented in place.

Das inerte Gas 15 braucht nicht unbedingt nur über den ringförmigen Durchlaß 10 eingeleitet zu werden. Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung kann eine Hohlwelle vorgesehen werden, wobei ein Durchlaß 19 in axialer Richtung durch die Welle 3 hindurch verläuft, die ferner mit mehreren Bohrungen 20 versehen ist, die für eine Verbindung mit dem Durchlaß 10 und dem Gasraum 16 sorgen. Das durch die Pfeile 15 und 25 angedeutete inerte Gas kann über den Durchlaß 10 oder den Durchlaß 19 oder über beide Durchlässe zugeführt werden.The inert gas 15 does not necessarily have to be introduced only via the annular passage 10. According to a modified embodiment of the invention, a hollow shaft can be provided, wherein a passage 19 extends in the axial direction through the shaft 3, which furthermore with several Bores 20 are provided, which provide a connection with the passage 10 and the gas space 16. The inert gas indicated by the arrows 15 and 25 can pass through the passage 10 or the passage 19 or through both passages.

Wesentlich ist, daß das durch die Pfeile 15 und 25 angedeutete, in die Einblasvorrichtung eintretende Gas während des Durchlaufens des Durchlasses 10 oder des Durchlasses 19 sowie des Gasraums 16 vorgewärmt wird, indem es mit der Hülse 4 und der Welle 3 in Berührung kommt, die sich im wesentlichen auf der Temperatur der Schmelze befinden. Das vorgewärmte Gas wird zwischen die Flügel des Rotors 1 getrieben, wo es durch Zusammenstoß mit den Flügeln 2 und durch den an den Flügeln vorbeistreichenden Metallstrom in kleine gesonderte Blasen aufgebrochen wird. Infolge der Zwangsumwälzung des Metalls im Bereich der Einblasvorrichtung werden die sich bildenden Gasblasen rasch in einer Richtung verteilt, die im wesentlichen mit dem durch die Pfeile 14 angedeuteten Hauptströmungsgeschwindigkeitsvektor zusammenfällt. Die anfängliche Bahn der Gasblasen entspricht der Richtung der Pfeile 14, bis die Auftriebskraft überwiegt und bewirkt, daß die Gasblasen zur Oberfläche der Schmelze hochsteigen.It is essential that what is indicated by arrows 15 and 25 enters the injection device Gas preheated while passing through the passage 10 or the passage 19 and the gas space 16 is by coming into contact with the sleeve 4 and the shaft 3, which are essentially are at the temperature of the melt. The preheated gas is between the blades of the rotor 1 driven, where it was caused by collision with the wings 2 and by the passing of the wings Metal stream is broken up into small separate bubbles. As a result of the forced upheaval of the Metal in the area of the injection device, the gas bubbles that form are quickly distributed in one direction, essentially with the main flow velocity vector indicated by arrows 14 coincides. The initial path of the gas bubbles corresponds to the direction of the arrows 14 until the Buoyancy force predominates and causes the gas bubbles to rise to the surface of the melt.

Zu den günstigen Wirkungen der Zwangsumwäizung des Metalls um die Einblasvorrichtung gehören, daß ein wirksamer Mechanismus für die Ausbildung von kleinen Gasbiasen erhalten wird, daß die Blasen an einer gegenseitigen Vereinigung gehindert werden, weil die kleinen Gasblasen fan wesentlichen im Augenblick ihrer Entstehung verteilt werden, daß eine wirkungsvolle Umwälzung des Metalls erfolgt und daß die Verweildauer der Gasbiasen in der Schmelze größer als die Verweildauer ist, die erhalten würde, wenn auf die Gasblasen nur die Auftriebskraft einwirken würde.The beneficial effects of forcing the metal around the blowing device include that an effective mechanism for the formation of small gas biases is obtained, that of the bubbles are prevented from mutual association because the small gas bubbles were essentially in the moment their formation are distributed, that an effective circulation of the metal takes place and that the retention time of the gas biases in the melt is greater than the retention time that would be obtained if only the lifting force would act on the gas bubbles.

Das erfindiingsgemäße Verfahren kann diskontinuierlich oder kontinuierlich ausgeführt werden, indem die in Fig. 3 veranschaulichte Raffiniereinrichtung verwendet wird. Die Raffiniereinrichtung weist ein gußeisernes Gefäß 31 auf, das mittels einer herkömmlichen Heizeinrichtung, die innerhalb eines Raumes 32 untergebracht sein kann, auf der Arbeitstemperatur gehalten wird und mittels eines feuerfesten Außenmantels 33 gegen Wärmeverluste geschützt ist. Die Innenseite des Gefäßes 31 ist mit einer Auskleidung 34 aus Graphit oder einem anderen feuerfesten Werkstoff versehen, der gegen schmelzflüssiges Aluminium und nichtmetallische Verunreinigungen inert ist, mit deren Auftreten gerechnet werden muß. Das Gefäß 31 ist mit einer Abdeckung 36 ausgestattet, die auf Flanschen 39 aufsitzt. Zwischen den Flanschen 39 und der Abdeckung 36, die aufgeschraubt oder auf andere Weise befestigt sein kann, wird für eine gasdichte Abdichtung gesorgt, so daß beim Betrieb der Anordnung keine Luft eindringen kann. Eine Gaseinblasvorrichtung 35 der in Fig. 1The process according to the invention can be discontinuous or carried out continuously by the refiner illustrated in FIG is used. The refining device has a cast iron vessel 31, which by means of a conventional Heating device, which can be accommodated within a room 32, is kept at the working temperature and by means of a fire-proof Outer jacket 33 is protected against heat loss. The inside of the vessel 31 is with a Lining 34 made of graphite or another refractory material provided against molten Aluminum and non-metallic impurities are expected to occur got to. The vessel 31 is equipped with a cover 36 which rests on flanges 39. Between Flanges 39 and the cover 36, which can be screwed on or fastened in some other way, a gas-tight seal is provided so that no air can penetrate during operation of the arrangement can. A gas injection device 35 of the type shown in FIG

¹S veranschaulichten Art ist an der Abdeckung 36 angebracht und wird von dieser gehalten. ¹ S type illustrated is attached to the cover 36 and is held by this.

Durch einen Pfeil 37 angedeutetes inertes Gas wird mittels der Gaseinblasvorrichtung 35 in das schmelzflüssige Metall 38 eingeblasen. Nach Durchlaufen des Schmelzgutes sammelt sich das Gas im Kopfraum 43 und bildet dort über der Schmelze eine Inertgasschicht. Das Gas tritt dann im Gegenstrom zu dem ankommenden Metallstrom über den Metalleinlaß 40 aus. Die freie Querschnittsfläche des GasdurchlassesInert gas, indicated by an arrow 37, is injected into the molten liquid by means of the gas injection device 35 Blown metal 38. After the melt has passed through, the gas collects in the head space 43 and there forms an inert gas layer over the melt. The gas then occurs in countercurrent to that incoming metal stream via the metal inlet 40. The free cross-sectional area of the gas passage

^a5 und damit der in der Anordnung herrschende Druck werden mittels einer im Einlaß 40 angeordneten Klappe 49 geregelt. Das unter einem leichten Überdruck stehende inerte Gas im Kopfraum 43 verhindert, daß Luft in das Gefäß eindringt. ^a 5 and thus the pressure prevailing in the arrangement are regulated by means of a flap 49 arranged in the inlet 40. The inert gas in the head space 43, which is under a slight excess pressure, prevents air from penetrating into the vessel.

Das Metall 38 wird über den Metalleinlaß 40 in die Raffiniereinrichtung eingebracht. Innerhalb des Gefäßes werden gleichförmig verteilte kleine Blasen aus inertem Gas in das Metall 38 eingeblasen. Außerdem wird das schmelzflüssige Metall unter der Wir-The metal 38 is introduced into the refiner through the metal inlet 40. Within the Evenly distributed small bubbles of inert gas are blown into the metal 38 in the vessel. Besides that is the molten metal under the

kung der rotierenden Gaseinblasvorrichtung 35 in Bewegung gehalten. In der Schmelze gelöster Wasserstoff diffundiert in die Inertgasblasen und wird von diesen mitgenommen, wenn die Blasen durch die Schmelze hindurch zur Oberfläche 42 des Schmelzbades hochsteigen. Die große Oberfläche der fein dispergierten Gasbiasen dient ferner als wirksames Transportmittel, das suspendierte Oxidteilchen zu der auf der Oberfläche 42 des Schmelzbades befindlichen Gekrätzschicht 48 befördert, von wo sie durch Ab-Kung of the rotating gas injection device 35 kept in motion. Hydrogen dissolved in the melt diffuses into the inert gas bubbles and is carried away by them when the bubbles pass through the Rise melt through to surface 42 of the melt pool. The large surface of the finely dispersed Gas bias also serves as an effective means of transporting the suspended oxide particles to the on the surface 42 of the molten bath located dross layer 48 conveyed, from where it by ab-

*5 schlacken beseitigt werden können. Die in dem schmelzflüssigen Metall ausgebildete Hauptströmungsverteilung ist durch Pfeile 50 schematisch angedeutet. Durch diese Umwälzung des Metalls im Gefäß wird ständig frisches Metall mit den Gasblasen in Berührung gebracht, die zwischen dem Rotor und dem Stator der Gaseinblasvorrichtung austreten.* 5 slag can be eliminated. The in that The main flow distribution formed by molten metal is indicated schematically by arrows 50. As a result of this circulation of the metal in the vessel, fresh metal is constantly in contact with the gas bubbles brought out between the rotor and the stator of the gas injection device.

Das raffinierte schmelzflüssige Metall verläßt das Raffiniergefäß über einen Auslaß 44, der unterhalb der Oberfläche 42 des Schmelzbades in der Wand 45 ausgebildet ist. Das Metall durchläuft dann einen Schacht 46 und verläßt die Anordnung ober eine Abflußrinne 47, um von dort zu einer Gießstation zu gelangen. In dem Schacht 46 kann ein herkömmliches Filtermedium vorgesehen sein, beispielsweise Brok-The refined molten metal exits the refining vessel via an outlet 44 which is below of the surface 42 of the molten pool is formed in the wall 45. The metal then passes through one Shaft 46 and leaves the arrangement via a drainage channel 47 in order to get from there to a casting station. A conventional filter medium can be provided in the shaft 46, for example Brok-

ken aus Graphit oder feuerfestem Material.ken made of graphite or refractory material.

Zum Abschlacken der Oberfläche 42 des Schmelzbades kann der Zustrom von Metall zum Raffiniergefäß unterbrochen werden, während man weiterhin inertes Gas 37 über die Gaseinblasvorrichtung 35 zu-To deslagging the surface 42 of the molten bath, the flow of metal to the refining vessel can be interrupted while one continues inert gas 37 via the gas injection device 35

führt, so daß die Gekrätzschicht 48 in die Einlaßrinne 40 geschoben wird, wo sie mit Hilfe mechanischer Mittel beseitigt werden kann. Statt dessen Irans die Badoberfläche 42 auch mittels eines handbetätigtenleads, so that the dross layer 48 is pushed into the inlet channel 40, where it with the help of mechanical Funds can be eliminated. Instead, Iran's bath surface 42 is also operated by means of a hand-operated one

11 1211 12

Werkzeugs abgeschlackt werden, das durch die Ein- deckung 56 gebildeten statischen Abdichtung für eineTool are slagged, the static seal formed by the cover 56 for a

laßrinne 40 oder eine nicht veranschaulichte Öffnung dynamische Gasabdichtung des Raffiniergefäßes ge-discharge channel 40 or an opening not shown dynamic gas sealing of the refining vessel

der Abdeckung 36 hindurch in das Gefäß 31 einge- sorgt werden, wobei das Raffiniergefäß 55 unter ei-the cover 36 through into the vessel 31, the refining vessel 55 under a

führt wird. nem etwas über dem Außendruck liegenden Druckwill lead. a pressure slightly above the external pressure

Der Raffiniervorgang braucht nicht entsprechend 5 gehalten wird, um den Zutritt von Luft zum Raffinier-The refining process does not need to be held in accordance with 5 in order to prevent air from entering the refining

Fig. 3 in einer einzigen Raffinierzone ausgeführt zu gefäß zu verhindern.Fig. 3 executed in a single refining zone to prevent vessel.

werden. Statt dessen kann das Gefäß mit mehreren Der Raffinationsgrad hängt von der beabsichtigten Raffinierkammern oder -zonen ausgestattet sein, die Anwendung des gegossenen Erzeugnisses ab. Bei das schmelzflüssige Metall der Reihe nach durchläuft. hochfesten Konstruktionslegierungen kann es zweck-Dic Fig. 4 und 5 zeigen eine derart abgewandelte ¹⁰ mäßig sein, während des Raffiniervorganges ein Salz-Ausführungsform, flußmittel zuzugeben, das die Abscheidung der Oxidewill. Instead, the vessel may be equipped with several The degree of refining depends on the intended refining chambers or zones, the application of the cast product. When the molten metal passes through in sequence. High-strength structural alloys can be useful in such a way. FIGS. 4 and 5 show such a modified ¹⁰ , to add a salt embodiment during the refining process, which enables the deposition of the oxides

Das in den F ig. 4 und 5 veranschaulichte Raffinier- vom Metall fördert. Vorzugsweise werden als Flußgefäß 55 besteht aus einem feuerfesten Werkstoff, der mittel Halogenide der Alkali- und Erdalkalimetalle gegenüber schmelzflüssigem Aluminium inert ist. Das benutzt. Ein solches Flußmittel kann in die Einlaß-Gefäß ist mit Hilfe von gut isolierenden Werkstoffen ^l5 rinne 57 eingefüllt werden, wenn der durch das Raffigegen Wärmeverluste geschützt. Falls erforderlich, niergefäß hindurchgehende Metallstrom zu fließen kann das Gefäß auch mit nicht veranschaulichten beginnt, oder durch eine nicht veranschaulichte öffelektrischen Heizelementen ausgestattet sein, um nung der Abdeckung 56 hindurch. Außerdem kann Wärmeverluste auszugleichen. Das Raffiniergefäß 55 der Auslaufschacht 72 mit einem zweckentsprechenweist eine Abdeckung 56 auf, die an dem Gefäß 55 ^ao den Filtermedium gefüllt werden, das vorzugsweise gasdicht angebracht ist und nur die Metalleinlaßrinne eine niedrigere Dichte als schmelzflüssiges Alumi-57 freiläßt. Gaseinblasvorrichtungen 59 und 60, die nium oder Aluminiumlegierungen hat, um das Flußentsprechend Fig. 1 aufgebaut sind, und die zugehö- mittel von dem Metall beim Austritt aus dem Raffirigen Antriebe 61 und 62 werden von der Abdeckung niergefäß 55 zu trennen. Für diesen Zweck kann 56 gehalten. Pfeile 75 deuten das inerte Gas an, das ^a5 insbesondere Koks oder Brechgraphit verwendet in die Gaseinblasvorrichtungen 59 und 60 über die werden,
betreffenden Einlaßöffnungen eintritt. Dem inerten Gas kann auch eine kleine MengeThat in fig. 4 and 5 illustrated refining from metal promotes. The flow vessel 55 is preferably made of a refractory material which is inert to molten aluminum by means of halides of the alkali and alkaline earth metals. That used. Such a flux can be poured into the inlet vessel with the help of well-insulating materials ^l 5 channel 57, if protected by the raffia against heat loss. If it is necessary to flow a metal stream passing through the vessel, the vessel can also begin with, not illustrated, or be equipped with an open electrical heating element (not illustrated) in order to extend the cover 56 therethrough. It can also compensate for heat losses. The refining vessel 55 of the discharge chute 72 with a purpose correspondingly has a cover 56, which is ^{filled on the vessel 55 ao} the filter medium, which is preferably attached in a gas-tight manner and only the metal inlet channel leaves a lower density than molten aluminum 57 free. Gas injection devices 59 and 60, which have nium or aluminum alloys, are constructed to the flow according to FIG. For this purpose 56 can be held. Arrows 75 indicate the inert gas that ^a 5 in particular coke or crushed graphite is used in the gas injection devices 59 and 60 via the
relevant inlet openings occurs. The inert gas can also be a small amount

Das Raffiniergefäß 55 ist für den Einsatz bei konti- Chlor zugesetzt werden. Wird Chlor in eine magnesinuierlichem Betrieb bestimmt, das heißt schmelzflüs- umhaltige schmelzflüssige Aluminiumlegierung einsiges Metall wird über die Einlaßrinne 57 ständig in 3° geleitet, reagiert ein Teil des Chlors mit Magnesium das Gefäß 55 eingeleitet, das Metall wird unter ständi- unter Bildung von Magnesiumchlorid, das ein wirger Badbewegung durch Einblasen von Gas über die kungsvolles Flußmittel darstellt. Der verbleibende Einblasvorrichtungen 59 und 60 raffiniert, und das Teil des Chlors reagiert mit Aluminium unter Bildung raffinierte Metall wird über die Abflußrinne 58 stan- von Aluminiumchloridgas. Es wurde gefunden, daß dig aus dem Gefäß abgezogen. Wie aus Fig. 5 hervor- 35 in Gegenwart eines großen Überschusses an inertem geht, ist das Raffiniergefäß 55 mit zwei Raffinierzonen Gas Magnesiumchlorid bevorzugt gegenüber Alumi-63 und 64 versehen, die durch eine Zwischenwand niumchlorid gebildet wird, und zwar derart, daß im 65 voneinander getrennt sind. Das Metall gelangt zu- wesentlichen das gesamte zusammen mit dem inerten nächst in die Raffinierzone 63, wo es in Bewegung Gas zugeführte Chlor mit Magnesium reagiert. Es ist versetzt und mit einem inerten Gas in Berührung ge- 40 infolgedessen möglich, bei magnesiumhaltigen Alubracht wird, das über die Gase ^blasvorrichtung 59 miniumlegierungen ein wirkungsvolles Flußmittel in eingeleitet wird. Das Metall verläßt die Raffinierzone situ zu bilden, indem über die Einblasvorrichtung nachThe refining vessel 55 is for use with continuous chlorine. Becomes chlorine in a magnetic continuous Operation is determined, that is, molten aluminum alloy containing molten liquid Metal is constantly fed at 3 ° via the inlet channel 57, and some of the chlorine reacts with magnesium the vessel 55 is introduced, the metal is constantly formed with the formation of magnesium chloride, which is a host Bath movement by blowing gas over the kungsvolles flux represents. The remaining one Injectors 59 and 60 are ingenious and some of the chlorine reacts with aluminum to form Refined metal is stuck through the gutter 58 by aluminum chloride gas. It was found that dig withdrawn from the vessel. As shown in FIG. 5, in the presence of a large excess of inert is possible, the refining vessel 55 with two refining zones Gas Magnesium Chloride is preferred over Alumi-63 and 64, which is formed by an intermediate wall niumchlorid, in such a way that im 65 are separated from each other. Essentially all of the metal comes together with the inert next to the refining zone 63, where the chlorine supplied in motion reacts with magnesium. It is added and in contact with an inert gas is consequently possible, in the case of magnesium-containing aluminum is, the minium alloys an effective flux in is initiated. The metal leaves the refining zone to form in situ by following the sparger

63 teilweise über die Oberkante der Zwischenwand der Erfindung Chlor zusammen mit einem inerten Gas 65 hinweg und teilweise durch Durchlässe 66 hin- in hoch verdünnter Form eingeleitet wird. Die innige durch, die in der Zwischenwand 65 ausgebildet sind. 45 Mischung des eingeblasenen Gases mit dem schmelz-Das Metall wird in der zweiten Raffinierzone 64 wei- flüssigen Metall, für die die Einblasvorrichtung sorgt, ter raffiniert, wo es in ähnlicher Weise in Bewegung begünstigt die Bildung von Magnesiumchlorid und versetzt und mit inertem Gas in Kontakt gebracht verhindert damit, daß nicht in Reaktion gegangenes wird, das mittels der Gaseinblasvorrichtung 60 einge- Chlor oder Aluminiumchlorid aus der Anordnung leitet wird. Das Metall verläßt die Raffinierzone 64, 50 austritt. Die Konzentration des Chlors im inerten Gas indem es über die untere Trennwand 67 hinweg und wird im allgemeinen im Bereich von 0 bis 5 Volumin ein Auslaßrohr 68 eintritt. Das Auslaßrohr 68 ist prozent in Abhängigkeit von dem Magnesiumgehalt aus einem feuerfesten Werkstoff, beispielsweise Gra- der Legierung eingestellt, darf jedoch in keinem Fall phit oder Siliziumkarbid, gefertigt und leitet das raffi- so hohe Werte erreichen, daß schädliche Nebenpronierte schmelzflüssige Metall von der Raffinierzone 55 dukte emittiert werden.63 partially over the top of the partition wall of the invention chlorine together with an inert gas 65 away and partially through passages 66 is introduced in a highly diluted form. The intimate one formed in the partition wall 65. 45 Mixture of the blown gas with the melt-Das Metal is converted into white liquid metal in the second refining zone 64, which is provided by the injection device. ter refined, where it favors the formation of magnesium chloride and in a similar manner in motion added and brought into contact with inert gas prevents that which has not gone into reaction is, the by means of the gas injection device 60 is a chlorine or aluminum chloride from the arrangement is directed. The metal leaves the refining zone 64, and exits 50. The concentration of chlorine in the inert gas by moving it over the lower partition 67 and is generally in the range of 0 to 5 volume an outlet pipe 68 enters. The outlet pipe 68 is percent dependent on the magnesium content made of a refractory material, for example grade alloy, may, however, in no case phit, or silicon carbide, manufactured and directed that cleverly reach values so high that harmful secondary pronouns Molten metal from the refining zone 55 products are emitted.

64 aas zu einem Auslaßschacht 69, von wo aus es das Ein entscheidender Vorteil der Einrichtung nach ^; Raffiniergefäß über die Abflußrinne 58 verläßt. der Erfindung besteht darin, daß leicht eine Einstel- ; Das in die Anordnung eingeleitete Raffiniergas lung derart erfolgen kann, daß die Raffimergaserfor-64 aas to an outlet duct 69, from where there is a decisive advantage of the device according to ^; The refining vessel leaves the drainage channel 58. the invention is that easily a setting; The refining gas introduced into the arrangement can be carried out in such a way that the refining gas formation

durchströmt das schmelzflüssige Metall, sammelt sich dernisse für unterschiedliche Legierungssorten erfülltWhen the molten metal flows through it, the requirements for different types of alloys collect

im Kopfraum 74 über dem Schmelzbad und verläßt 60 werden. Außerdem kann die Raffiniergeschwindig-in the head space 74 above the molten bath and exits 60. In addition, the refining speed can

das Raffiniergefäß 55 durch die Einlaßrinne 57 hin- keit einem weiten Bereich von Gießgeschwindigkeitenthe refining vessel 55 through the inlet chute 57 over a wide range of pouring speeds

[ durch oberhalb und im Gegenstrom zu dem ankom- angepaßt werden. Der spezifische Raffiniergasbedarf, [ by being adapted above and in countercurrent to the arriving. The specific refining gas requirement,

inenden schmelzflüssigen Metall. Der im Raffinierge- der im allgemeinen ausgedrückt wird als Gasvolumenin the molten metal. Which in the refining area is generally expressed as the volume of gas

fäß 55 herrschende Druck kann durch eine in der bei Normaltemperatur und Normaldruck je Ge-The pressure prevailing in vessel 55 can be

■ Einlaßrinne 57 sitzende, angelenkte Klappe 73 einge- 65 wichtseinheit des zu behandelnden Metalls, ist eine■ Inlet channel 57 seated, hinged flap 73 weight unit of the metal to be treated, is a

t stellt werden, indem die freie Querschnittsfläche des Funktion der Zusammensetzung der Legierung andt can be represented by dividing the free cross-sectional area of the function of the composition of the alloy and

Gasdurchlasses in der Einlaßrinne 57 verändert wird. des geforderten Reinheitsgrades des Fertigprodukts.Gas passage in the inlet channel 57 is changed. the required degree of purity of the finished product.

* Anf Hip«/» Weisp kann zusätzlich zu der von der Ab- Die Metalldurchflußmenge durch die Raffinierein-* Anf Hip «/» Weisp can be used in addition to the

richtung wird von der erforderlichen Gießgeschwindigkeit bestimmt, d. h. durch die Art der verwendeten Gießmaschinen unci die Anzahl der Blöcke, die gleichzeitig aus dem raffinierten Metall gegossen werden sollen. Die folgenden Beispiele zeigen einen einfachen Weg, die Arbeitsbedingungen der Anordnung in Abhängigkeit von der jeweils zu raffinierenden Legierung und dem gewünschten Raffinationsgrad einzustellen. direction depends on the casting speed required determined, d. H. by the type of casting machines used unci the number of blocks that are to be cast from the refined metal at the same time. The following examples show a simple one Way, the working conditions of the arrangement depending on the particular alloy to be refined and set the desired degree of refinement.

Zunächst wird die Durchflußmenge des Raffiniergases je Gaseinblasvorrichtung aus der folgenden Formel berechnet:First, the flow rate of the refining gas per gas injection device is determined from the following Calculated formula:

V= WC/N (1) V = WC / N (1)

wobeiwhereby

V = Durchflußmenge des Raffiniergases durch die V = flow rate of the refining gas through the

Vorrichtung in dm³ (unter Normalbedingungen)/min; Device in dm ³ (under normal conditions) / min;

W = Metalldurchflußmenge oder Raffiniergeschwindigkeit in kg/min;
C = spezifischer Raffiniergasbedarf in dm³ (unter W = metal flow rate or refining speed in kg / min;
C = specific refining gas requirement in dm ³ (under

Normalbedingungen)/kg Metall;
N = Anzahl der Gaseinblasvorrichtungen des Systems. Normal conditions) / kg metal;
N = number of gas injectors in the system.

Der spezifische Raffiniergasbedarf C wird experimentell bestimmt. Er kann zunächst auch auf Grund der Chlormenge geschätzt werden, die für die Entgasung der betreffenden Legierung beim herkömmlichen Chlorentgasungsverfahren benutzt wird. Beispielsweise können Legierungen, die verhältnismäßig leicht zu entgasen sind oder deren Einsatz wenig kritisch ist, mit C= 0,3 din³ Gas/kg Metall raffiniert werden, während hochfeste Konstruktionslegierungt η ein C= 2,5 dm³ Gas/kg Metall erfordern können, um die schärferen Reinheitsbedingungen des Produktes zu erfüllen.The specific refining gas requirement C is determined experimentally. It can initially also be estimated on the basis of the amount of chlorine that is used for degassing the alloy in question in the conventional chlorine degassing process. For example, alloys that are relatively easy to degas or whose use is less critical can be ^{refined with C = 0.3 din 3} gas / kg metal, while high-strength structural alloys η ^{may require C = 2.5 dm 3} gas / kg metal in order to meet the stricter purity requirements of the product.

Nachdem die erforderliche Gasdurchflußmenge durch die Einblasvorrichtung hindurch bestimmt ist, wird die Rotordrehzahl entsprechend der folgenden Formel eingestellt:After the required gas flow rate through the injection device has been determined, the rotor speed is set according to the following formula:

« = (7620 + 673 V+ 2108 ^)Id (2)«= (7620 + 673 V + 2108 ^) Id (2)

wobei
R = Drehzahl des Rotors in U/min;whereby
R = speed of the rotor in rpm;

V = Gasdurchflußmenge durch die Vorrichtung, V = gas flow rate through the device,

berechnet entsprechend der Formel (1) in dm'/min;calculated according to formula (1) in dm '/ min;

r = Verhältnis der kleinsten Querschnittsabmessung der Raffinierzone im Bereich des Rotors zum Rotordurchmesser (berechnet untet Verwendung gleicher Einheiten); beispielsweise ist bei der Raffiniereinrichtung nach Fig. 5 die kleinste Querschnittsabmessung der Raffinierzone 63 die kleinere der beiden durch die Pfeile 70 und 71 angedeuteten Abmessungen; d = Rotordurchmesser in mm. r = ratio of the smallest cross-sectional dimension of the refining zone in the area of the rotor to the rotor diameter (calculated using the same units); For example, in the refining device according to FIG. 5, the smallest cross-sectional dimension of the refining zone 63 is the smaller of the two dimensions indicated by the arrows 70 and 71; d = rotor diameter in mm.

Diese Formel ergibt einen Näherungswert für die Drehzahl des Rotors, die eine zufriedenstellende Dispersion des Raffiniergases und ein gutes Umrühren des Metallbades unter den meisten Arbeitsbedingungen sicherstellt. Die Formel läßt erkennen, daß die Rotordrehzahl mit steigenden Raffiniergasdurchflußmengen erhöht werden muß. Die Einrichtung kannThis formula gives an approximate value for the speed of the rotor, which gives a satisfactory dispersion of the refining gas and good agitation of the metal bath under most working conditions ensures. The formula shows that the rotor speed increases with increasing refining gas flow rates must be increased. The facility can

^ro jedoch auch mit erheblich niedrigeren Drehzahlen arbeiten, als sie sich aus dieser Formel ergeben. Die optimale Drehzahl hängt in erster Linie von dem gewünschten Raffinationsgrad ab. ^ro, however, can also work at considerably lower speeds than those resulting from this formula. The optimal speed depends primarily on the desired degree of refining.

example 1

744 kg einer Legierung der Serie 6000 sollen innerhalb von 12 Minuten raffiniert werden. Der spezifische Raffiniergasbedarf der Legierung beträgt744 kg of an alloy from the 6000 series are to be refined within 12 minutes. The specific one Refining gas requirement of the alloy is

C= 0,9115 dm³ Gas/kg Metall. Die Einrichtung weist eine Gaseinblasvorrichtung auf und ist durch die folgenden Abmessungskonstanten gekennzeichnet: r-4 und d=203 mm. Die Raffiniergeschwindigkeit W entsprechend Formel (1) wird berechnet alsC = 0.9115 dm ³ gas / kg metal. The device has a gas injection device and is characterized by the following dimensional constants: r-4 and d = 203 mm. The refining speed W according to formula (1) is calculated as

_a5 w= 744 kg/12 Minuten = 62,1 kg/min. _a5 w = 744 kg / 12 minutes = 62.1 kg / min.

Aus Formel (1) folgt: V= 56,6 dm³ Gas/min. Setzt man diesen Wert zusammen mit den Abmessungskonstanten in die Formel (2) ein, erhält man als erforderliche Drehzahl R= 391 U/min. In der Praxis er-From formula (1) it follows: V = 56.6 dm ³ gas / min. If this value is inserted into formula (2) together with the dimensional constants, the required speed is R = 391 rpm. In practice

J₀ wies sich eine Drehzahl von 300 U/min als geeignet, um die betreffende Legierung unter den beschriebenen Bedingungen zu raffinieren.For J ₀ , a speed of 300 rpm was found to be suitable for refining the alloy in question under the conditions described.

Example 2

Eine hochfeste Konstruktionslegierung der Serie 7000 soll in einem kontinuierlichen Arbeitsgang, d. h. während das Metall einer Gießstation zugeführt wird, in der mehrere Fabrikatiunsblöcke gleichzeitig aus der raffinierten Legierung gegossen werden, in einer Gesamtdurchflußmenge von 16 780 kg Metall/h raffiniert werden. Der spezifische Raffiniergasbedarf der Legierung wurde experimentell bestimmt zu C= 1,186 dmVkg. Die Einrichtung weist zwei Gaseinblasvorrichtungen auf und ist durch die folgenden Abmes-A high-strength structural alloy of the 7000 series is to be refined in a continuous operation, i.e. while the metal is being fed into a casting station in which several manufacturing blocks are cast from the refined alloy at the same time, with a total flow rate of 16,780 kg metal / h. The specific refining gas requirement of the alloy was determined experimentally to be C = 1.186 dmVkg. The device has two gas injection devices and is characterized by the following dimensions

♦5 sungskonstantengekennzeichnet: r= 3,2 und d= 190 mm.♦ 5 solution constants marked: r = 3.2 and d = 190 mm.

Für eine Raffiniergeschwindigkeit W= 280 kg/min folgt aus der Formel (1) eine Gasdurchflußmenge V= 166 dmVmin. Entsprechend der Formel (2) wird eine zufriedenstellende Raffination erzielt, indem die Gaseinblasvorrichtungen mit einer Drehzahl von 739 U/min betrieben werden.For a refining rate W = 280 kg / min, the gas flow rate V = 166 dmVmin follows from formula (1). According to the formula (2), satisfactory refining is achieved by operating the gas injectors at a speed of 739 rpm.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Process for refining molten aluminum, in which aluminum is introduced into a refining zone, an inert gas in the form of discrete gas bubbles is introduced into the melt below the bath surface, molten aluminum freed from dissolved hydrogen and non-metallic impurities is discharged from the refining zone and used gas is discharged is, characterized in that a protective gas atmosphere with a higher than atmospheric pressure is maintained above the molten bath ^{surface, that the 1} S inert gas is preheated before being divided into gas bubbles and is expanded to such an extent that thermal growth of the bubbles is essentially prevented, and that ^{an ao} flow course is imposed on the gas, which is divided into discrete gas bubbles within the molten bath, in which the gas bubbles are transported radially outwards with a downward component with respect to the point of entry of the gas bubbles into the melt and mi t substantially the total amount of ^a 5 molten aluminum present in the refining zone are brought into intimate contact.

2. The method according to claim 1, characterized in that argon is used as the inert gas will.

3. The method according to claim 1, characterized in that nitrogen is used as the inert gas will.

4. The method according to claim 1, characterized in that that a mixture of argon and nitrogen is used as the inert gas.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the molten metal a solid flux in the form of a halogen of the alkali and alkaline earth metals is added.

6. The method according to any one of claims 1 to 4 for refining a magnesium-containing aluminum alloy, characterized in that up to 5 percent by volume of chlorine is added to the inert gas will.

7. Process for refining molten aluminum, in which aluminum is introduced into a refining zone, an inert gas in the form of discrete gas bubbles is introduced into the melt below the surface of the bath, molten aluminum freed from dissolved hydrogen and non-metallic impurities from the refining zone discharged and used gas is discharged, characterized in that a protective gas atmosphere with a pressure higher than atmospheric pressure is maintained above the molten bath surface, that the inert gas is discharged via at least one injection device immersed in the molten bath with a vane rotor attached to the lower end of a shaft, one the shaft comprehensive stationary sleeve and a passage extending over the length of the injection device for introducing the inert gas into the melt in a flow rate of V = W- C / N , where V = flow rate of the refining ^{gas through the device in dm 3} ( under normal conditions) / min;

W = metal flow rate or refining speed in kg / min;
C = specific refining gas requirement, the value of which is between 0.3 and 2.5 dm ³ (under normal conditions) / kg metal;
JV = number of gas injectors in the system

and that to subdivide the inert gas into discrete gas bubbles the FlügehOtor with sufficient Speed is driven in order to force a flow course on the gas within the melt pool, in which the gas bubbles radially outward and with a downward component be transported into the melt with respect to the location of the inlet of the gas bubbles.

8. The method according to claim 7, characterized in that the gas injection device with is driven at a speed that results approximately from the following formula:

R = (7620 + 673 K + 2108 ^) Id

whereby

R = speed of the rotor in rpm

V = gas flow rate in the injection device in dm ³ / min

r = ratio of the smallest cross-sectional dimension of the refining zone to the diameter of the rotor (dimensionless) and

d = rotor diameter in mm

9. Gas injection device for use in the method according to any one of the preceding Claims with a rotatable shaft, the upper end of which is coupled to a drive and whose lower end is fixedly connected to a winged rotor, which is in the in a container located molten metal bath immersed, a stationary sleeve encompassing the shaft, a axially extending passage through the inert gas into the metal melt and which is bounded by the inner surface of the sleeve and the outer surface of the shaft is, and a gas supply leading to the upper end of the passage gas under one for blowing Adequate pressure passes into the melt, characterized in that at the lower end of the Sleeve (4) a stator (5) provided with wings is firmly attached, between the wings several vertically extending channels (11) are formed and in cooperation with the rotor (1) ensures that the molten metal is circulated in such a way that it is broken up into separate gas bubbles Gas substantially radially outward with one downward with respect to the axis of the device directional component is transported and the gas bubbles with substantially the entire Metal melt in the container in intimate contact come.

10. The device according to claim 9, characterized in that the rotatable shaft (3) has a second passage (19) extending axially through the shaft and several Has bores (20) which connect the second passage to the axially directed passage (10), that of the inner surfaces (6,7) of the sleeve (4) and of the stator (5) and of the outer surface (8) the shaft is limited.

11. Apparatus according to claim 9 or 10, there-

characterized in that the rotor (1) and the stator (5) are made of graphite.

12. Device for performing the method according to one of claims 1 to 8 using the gas injection device according to one of claims 9 to 11, characterized by a insulated vessel (31, 55) with an inlet (40,57) and an outlet (47,58) for the Vessel continuous stream of molten metal, a gas outlet (40, 57) and a cover (36, 56) is provided which protects the vessel against the ingress of air and Seals moisture, allows working under an overpressure and has an opening in which seals the gas injection device (35,59,60) is used.

13. Device according to claim 12, characterized in that the vessel (55) has multiple finishing zones (63, 64), each of which is provided with a gas injection device (59, 60).